简议水利工程隧洞设计的主要方法及其注意事项

吴琨

【摘要】由于不同水利工程隧洞施工的岩石条件不同，在选择设计方法时，需要加强前期的地质条件和施工环境探测，合理选择支护结构，制定设计施工方案。基于此，本文阐述了水利工程隧洞设计的要求，对水利工程隧洞设计的主要方法及其注意事项进行了论述分析。

【关键词】水利工程；隧洞设计；要求；设计方法；注意事项

一、水利工程隧洞设计的要求

1、水利工程隧洞抗裂指标要求。水利工程隧洞设计需要尽可能满足施工的最低要求，特别是满足抗裂性能的指标要求，加强设计方法的应用测试。对于抗裂水利工程隧洞的设计一般分为预压式水利工程隧洞和堆砌式水利工程隧洞。堆砌式主要借助钢筋混凝土实现抗裂性能指标的达成。由于钢筋水泥材质自身的特性决定了堆砌式的水利工程隧洞容易开裂，因此设计方法的选择，必须将钢筋水泥材料的热膨胀系数进行精准计算，加强与当地地质组分和地理环境相互匹配的灌浆配方的研制。

2、水利工程隧洞施工检修安全的要求，水利工程隧洞的合理设计需要因地制宜，在对整个隧洞的路线进行设计选择时，需要综合考量周边条件。隧洞设计方法的选择，需要保障施工及其检修的安全性。施工要求的主要表现为安全第一、预防为主。水利工程隧洞检修安全的要求，与水利工程项目的施工理念相吻合，并且检修安全可以排除检修人员的顾虑；其次，检修安全设计原则有利于从根本上为解决其他设计问题奠定客观条件基础。

二、水利工程隧洞设计的主要方法

目前水利工程隧洞设计方法主要包括：有限元计算方法设计、结构力学方法设计、施工预期方法设计和功能反馈方法设计。在实际设计过程中，需要结合不同方法的优势，合理选择设计方法。

1、有限元计算方法设计。有限元计算方法设计是主要利用控制单一变量法实现水利工程隧洞设计，该设计方法具有匹配性强的特点。水利工程隧洞有限元计算结合隧洞材料和荷载的指标，对围岩、钢筋混凝土、二期衬砌和锚杆等进行计算分析，利用实际变量的调控，将水利工程隧洞的施工工况、设计状况匹配系数、水利工程隧洞开挖厚度、弹性抗压能力等进行科学计算，可以结合具体的水利工程隧洞的实际设计要求，展开设计与施工。有限元计算设计方法的选择适合水利工程隧洞施工方案较为清晰的工程项目，结合施工要求，可以提升设计方案的可控性。

2、结构力学方法设计。其主要是指水利工程隧洞的设计方法的选择结构水利工程隧洞的实际力学要求，建立力学分析模型，对于设计方案采用以力学性能设计为主的方法。对于排沙水利工程隧洞、传输水利工程隧洞和施工水利工程隧洞而言，应用结构力学方法设计可以有效提升水利工程隧洞施工方案的设计效率和设计质量。结构力学设计方法最大的特点就是设计目的明确，设计思路清晰。

3、施工预期方法设计。水利工程隧洞施工设计是设计方法的主要類型之一，加强施工预期的判断可以有效提升水利工程隧洞设计方法选择的关联度和匹配性。所谓施工预期方法设计就是结合水利工程隧洞的施工目标合理制定设计方案和施工方案。在预期过程中，需要注重施工通道的场地布局问题，在进行水利工程隧洞半径选择时，要严格限定旋转半径。对于较长的隧洞洞施工预期，设计方法路线要加强支洞和辅洞的设计与建设，进而保障施工隧洞洞的施工安全性，在合理的空间内有效提升施工效率，加快施工进度。

4、功能反馈方法设计。功能反馈方法设计主要是利用先进的监控设备实现设计方案与水利工程隧洞功能要求的实时调整并逐渐完善的设计方法。水利工程隧洞设计方法的确立需要建立在对水利工程工况具有系统的勘探和认识上，这对于现在施工项目而言，设计难度较大，对于设计人员的综合素质要求较高。功能反馈方法设计有效规避了由于设计人员能力不足而引发的后期设计和施工问题，扩大了方法选择的范围，并提升了设计效率。

三、水利工程隧洞设计的注意事项

1、水利工程隧洞构造设计的注意事项。水利工程隧洞设计方法关于构造设计与力学分析类型的选择相似，由于结构具体包括止水结构、排水结构和缝隙结构。设计方法的应用需要格外注意水利工程隧洞可以满足常压下的无水渗透要求，在设计中需要完善止水结构传感器的设计，可以利用铜制或石英制的实现水带检测。排水结构设计需要注意调节洪峰的进出隧洞洞口不会积水，这就需要在设计时，加强地形与地势的数据分析计算，为后期检修打通安全通道。缝隙结构设计主要是考虑温度对于水利工程隧洞整体稳定性的影响。因此，水利工程隧洞设计方法的应用对于地质条件和结构构造的影响规律加强探究，以不断提升设计方法的应用水平。

2、水利工程隧洞灌浆设计的注意事项。水利工程隧洞设计方法确定后，对于施工方案的确立需要尽快完成。由于水利工程隧洞灌浆材质对于施工效果影响显著，水利工程隧洞方法设计的内容需要结合灌浆设计的主要方式合理制定。水利工程隧洞的灌浆设计结合灌浆方式的不同分为固结式灌浆设计和回填式灌浆设计。依据上文讲述的水利工程隧洞设计方法选择的依据，加强周围岩石的处理分析，明确固结式灌浆隧洞洞的参数。在对隧洞洞身进行灌浆时，灌浆浆料一般采用水泥浆液。设计方法与施工方案相结合，需要弄清二者关系。设计方法选择的依据和类型的确定不是一蹴而就的，需要反复进行验证。

3、水利工程隧洞布局设计的注意事项。水利工程隧洞布局设计方法主要包括水源和泥沙进出口处的布局设计、隧洞洞身的布局设计和洞顶的布局设计。因此，对于设计方法的应用需要对每一个环节做好应用结构反馈整理分析工作。水源或泥沙进出口布局需要上半部分设计成半圆拱形，下半部分设计成矩形，这样可以缓解隧洞上端岩石对隧洞洞的压力。隧洞洞身的布局直接影响传输效率和排沙效率，进而影响施工进度。无论选择何种设计方法，设计方案需要明确设计方法的应用优势，对于无明显应用优势的设计方法，及时进行修订和完善。

结束语

综上所述，水利工程隧洞设计方法的选择对于隧洞工程施工质量和施工效率具有重要影响，并且由于水利工程隧洞结构受力较为复杂，因此为了保障水利工程隧洞施工顺利进行，必须加强隧洞设计方法的分析。

参考文献：

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